(57)【要約】  切削性が良好でありながら切削工具の摩耗を低減し、かつさらにクラックが発生しにくく表面平滑性の高い陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金製部品を提供する。  アルミニウム合金からなる母材の表面に陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金製部品（1）であって、前記アルミニウム合金は、Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．００５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、前記陽極酸化皮膜中に、最大粒径３０μｍ以下のＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が１０〜１００μｍの平均中心間距離で分散して存在し、かつ前記陽極酸化皮膜におけるＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の合計占有面積の割合が５％以上である。
2011078080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする陽極酸化処理用アルミニウム合金。
【請求項２】
アルミニウム合金からなる母材の表面に陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金製部品であって、
前記アルミニウム合金は、Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、
前記陽極酸化皮膜中に、最大粒径３０μｍ以下のＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が１０〜１００μｍの平均中心間距離で分散して存在し、かつ前記陽極酸化皮膜におけるＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の合計占有面積の割合が５％以上であることを特徴とするアルミニウム合金製部品。
【請求項３】
前記摺動部品はブレーキピストンである請求項２に記載のアルミニウム合金製部品。
【請求項４】
Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成された母材を時効硬化させた後、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成することを特徴とするアルミニウム合金製部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極酸化処理に適したアルミニウム合金および陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金製部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、四輪車、二輪車等の車両のディスクブレーキにおいて、高性能化、あるいは低燃費化のために、アルミニウム合金製のブレーキピストンが採用されている。図１に示したカップ状のブレーキピストン（1）はその一例である（特許文献１参照）。【０００３】
図２Ａは走行時のディスクブレーキ（10）を示し、図２Ｂは制動時のディスクブレーキ（10）を示している。前記ディスクブレーキ（10）において、キャリパー（11）のシリンダー内に収められたブレーキピストン（1）は、シリンダー内に液圧がかかると、ブレーキピストン（1）の開口端部が摩擦パッド（12）の裏板（13）を押圧し、摩擦パッド（12）をブレーキディスク（14）に接触することで制動が作用する。【０００４】
上記のカップ状のブレーキピストンは、例えば、ビレットを押出した後に引き抜いた棒状素材を溶体化処理し、さらに時効処理により所要の機械的強度を得た後、機械加工によりカップ状に成形するか、あるいはアルミニウム合金からなる棒材を鋳造し、所定の厚みに切断した素材をカップ状に鍛造し、Ｔ６処理を施した鍛造品を、さらに寸法精度の向上、および溶体化処理時に生じた歪み部を切除するために機械加工して製造される（特許文献２参照）。【０００５】
ブレーキピストンは摺動部品であり、ブレーキ作動時の変形を防止しうる材料強度と耐摩耗性が要求されることはもとより、製作時には切削加工性が要求され、使用時にはスムーズなブレーキングのための摺動面の平滑性が要求される。【０００６】
このようなブレーキピストンの材料にはＡｌ−Ｓｉ系合金またはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素を添加した高強度高耐摩耗性アルミニウム合金が用いられ、さらに耐摩耗性および耐食性を向上させるために陽極酸化皮膜が形成される（特許文献２〜４参照）。また、陽極酸化処理に適したアルミニウム合金として、建材、飲料用容器のキャップ材に用いられるＡｌ−Ｆｅ系合金が知られている（特許文献５〜７参照）。【０００７】
また、特許文献２、３には、陽極酸化皮膜の強度がＳｉ粒子の存在状態に影響されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−７０９０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２０８７号公報
【特許文献３】特開平１０−２０４５６６号公報
【特許文献４】特開２００１−５９１２４号公報
【特許文献５】特開２００３−２７７９８９号公報
【特許文献６】特開２００３−２８２１６４号公報
【特許文献７】特開２００５−２４８２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、ブレーキピストン用アルミニウム合金または陽極酸化処理用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｆｅ系合金が考えられる。しかし、これらの合金はそれぞれに一長一短がある。【００１０】
Ａｌ−Ｓｉ系合金は、時効性合金として材料強度が高く、母材中の共晶Ｓｉ粒の働きによって切削加工時の切粉の分断性が良好である。しかし、母材中の共晶Ｓｉ粒により切削工具の摩耗が激しい。また、Ｓｉを大量に添加すると陽極酸化皮膜のクラック防止には効果があるが、共晶Ｓｉ粒によって被膜の均一な成長が妨げられるために皮膜の表面平滑性が低下する。【００１１】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、時効性合金として材料強度が高く、母材中に共晶Ｓｉ粒が無いのでＡｌ−Ｓｉ系合金よりも切削工具の摩耗は少ないが、切粉の分断性が悪い。Ａｌ−Ｓｉ系合金よりも陽極酸化皮膜の平滑性は良好であるが、皮膜中に共晶Ｓｉ粒が存在しないことから、皮膜表面から母材に達するような深いクラックが発生するおそれがある。【００１２】
Ａｌ−Ｆｅ系合金は、陽極酸化処理用アルミニウム合金ではあるが時効性合金ではないためにＡｌ−Ｓｉ系合金およびＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金よりも強度が低く、ブレーキピストンとしての強度を満足できなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上述した背景技術に鑑み、従来のＡｌ−Ｆｅ系合金よりも強度を向上させるとともに切削性が良好でありながら切削工具の摩耗を低減し、かつクラックが発生しにくく表面平滑性の高い陽極酸化皮膜を生成しうるアルミニウム合金、および陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金製部品の提供を目的とする。【００１４】
即ち、本発明は下記［１］〜［４］に記載の構成を有する。【００１５】
［１］Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする陽極酸化処理用アルミニウム合金。【００１６】
［２］アルミニウム合金からなる母材の表面に陽極酸化皮膜が形成されてなるアルミニウム合金製部品であって、
前記アルミニウム合金は、Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、
前記陽極酸化皮膜中に、最大粒径３０μｍ以下のＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が１０〜１００μｍの平均中心間距離で分散して存在し、かつ前記陽極酸化皮膜におけるＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の合計占有面積の割合が５％以上であることを特徴とするアルミニウム合金製部品。【００１７】
［３］前記摺動部品はブレーキピストンである前項２に記載のアルミニウム合金製部品。【００１８】
［４］Ｆｅ：０．５〜２質量％、Ｃｕ：０．３５〜０．６質量％、Ｍｇ：０．３５〜１．３質量％、Ｓｉ：０．２〜１．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．３質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％を含み、Ｚｎが０．２５質量％未満に規制され、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金で構成された母材を時効硬化させた後、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成することを特徴とするアルミニウム合金製部品の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
上記［１］に記載のアルミニウム合金によれば、Ａｌ−Ｆｅ系合金でありながらＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉの添加により時効硬化が可能となり、熱処理によって高い強度が得られる。また、鋳造凝固時に晶出するＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は、切粉の分断性を良好にする硬度を有するが、Ａｌ−Ｓｉ系合金に晶出するＳｉ粒子よりも硬度が低いので、Ａｌ−Ｓｉ系合金よりも切削工具の摩耗が低減される。さらに陽極酸化処理を施すと、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は溶解することなく皮膜中に残るので、これらの晶出物が分散して存在してクラックが発生しにくい陽極酸化皮膜を形成することができる。【００２０】
上記［２］に記載のアルミニウム合金製部品は、母材が上記［１］に記載のアルミニウム合金で構成されているので、母材合金の化学組成に基づいて時効硬化による高い強度と、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物による良好な切削性と、切削工具の摩耗の低減効果が得られる。また、陽極酸化皮膜中に、最大粒径３０μｍ以下の微細なＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が、１０〜１００μｍの平均中心間距離で均一に分散し、かつ皮膜における占有面積率が５％以上であるため、これらの晶出物が極酸化処理時に母材と皮膜の線膨張係数の差により発生した応力を緩和し、その結果クラックの発生が低減される。また、晶出物が微細で均一に存在していることで膜が均一に成長するので、平滑性の高い皮膜が形成される。【００２１】
上記［３］に記載のアルミニウム合金製部品によれば、ブレーキピストンにおいて上記効果が得られる。【００２２】
上記［４］に記載のアルミニウム合金製部品の製造方法によれば、母材の時効硬化により高い強度が発現し、時効硬化後に陽極酸化処理を施すことにより、上記［２］［３］に記載のアルミニウム合金製部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ブレーキピストンの斜視図である。
【図２Ａ】ディスクブレーキの走行時の状態を示す図面である。
【図２Ｂ】ディスクブレーキの制動時の状態を示す図面である。
【図３】晶出物の中心間距離を説明する図面である。
【図４】アルミニウム合金製部品の製造工程の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明のアルミニウム合金は、その化学組成を規定することによって母材の特性を高めるとともに、陽極酸化処理時に母材に由来する微細なＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物を皮膜中に分散させることにより優れた特性の陽極酸化皮膜を形成しうる陽極酸化処理用のアルミニウム合金である。
【００２５】
〔アルミニウム合金の化学組成〕
以下に、アルミニウム合金に添加される元素の添加意義および適正濃度について詳述する。
【００２６】
Ｆｅは、鋳造凝固時にＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物を生成する。発明者らは、皮膜のクラック発生状態を鋭意検討した結果、皮膜内で発生したクラックがＡｌ−Ｆｅ系晶出物、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物によりその伝搬が止められていることを解明した。そこで、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の生成状態を、本発明で示すように、クラック伝搬を止めるようにすることでクラックが発生しにくい陽極酸化皮膜とすることができる。
【００２７】
即ち、上述したＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は、陽極酸化処理時に溶解せずに陽極酸化皮膜中に残存し、皮膜のクラック発生を低減する。合金中のＦｅ濃度は０．５〜２質量％とする。０．５質量％未満であると晶出物の生成量がクラック発生を低減するのに不十分であり、２質量％を越えると母材の鋳造時に粗大な晶出物（例えば最大粒径１００μｍ）を生成し母材の機械的性質（伸び）に悪影響を及ぼす。さらに、鋳造時に生成した晶出物は陽極酸化皮膜中に残るので、晶出物が粗大であると皮膜の表面平滑性を低下させることになる。好ましいＦｅ濃度は０．７〜１．７質量％である。
【００２８】
Ｃｕは、母材の強度向上に寄与する元素であり、合金中のＣｕ濃度は０．３５〜０．６質量％とする。例えば、ブレーキピストンは３００Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有することが好ましく、Ｃｕの添加によりかかる強度を達成できる。Ｃｕ濃度が０．３５％未満であると強度寄与の効果が小さく、０．６質量％を越えるとＦｅとのＡｌ−Ｃｕ−Ｆｅ系晶出物を形成するので、クラック発生の低減に有効なＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の生成量が低減してしまう。一方、そのＡｌ−Ｃｕ−Ｆｅ晶出物は陽極酸化処理時に溶解してしまうので、クラック発生の低減に寄与しない。結果として、過剰量のＣｕは皮膜のクラック発生の低減に寄与する晶出物の量を減少させる。好ましいＣｕ濃度は０．４〜０．５質量％である。
【００２９】
Ｍｇは、マトリックスにＭｇ２Ｓｉとして析出させて母材の強度向上のために添加される元素であり、合金中のＭｇ濃度を０．３５〜１．３質量％とする。Ｍｇ濃度が０．３５％未満であると強度向上効果が小さく、１．３質量％を越えるとＳｉと晶出物を形成し、析出するＭｇ２Ｓｉ量が少なくなるので強度向上への寄与が低下する。好ましいＭｇ濃度は０．４〜１．２質量％である。
【００３０】
Ｓｉは、マトリックスにＭｇ２Ｓｉとして析出させて母材の強度向上のために添加される元素であり、合金中のＳｉ濃度を０．２〜１．３質量％とする。Ｓｉ濃度が０．２質量％未満であると強度向上効果が小さく、１．３質量％を越えるとＭｇと晶出物を形成し、析出するＭｇ２Ｓｉ量が少なくなるので強度向上への寄与が低下する。さらに、晶出物中のＭｇが陽極酸化処理時に溶解してＳｉのみが皮膜中に残存するため、陽極酸化皮膜の表面平滑性の低下を招く。好ましいＳｉ濃度は０．４〜１．２質量％である。
【００３１】
Ｃｒは、母材の熱間加工（例えば押出加工）後や溶体化処理時に再結晶粒を微細化させて母材の強度を向上させるために添加される。合金中のＣｒ濃度を０．０５〜０．３質量％とする。Ｃｒ濃度が０．０５質量％未満であると再結晶粒の微細化効果が乏しく強度向上への寄与が小さく、０．３質量％を越えて添加しても効果が飽和する。さらにマトリックスにおけるＡｌとの化合物の析出密度が増加するので、焼入れ性の低下を招く。好ましいＣｒ濃度は０．１〜０．２質量％である。
【００３２】
Ｍｎは、Ｃｒと同じく、母材の熱間加工後や溶体化処理時に再結晶粒を微細化させて母材の強度を向上させるために添加される。合金中のＭｎ濃度を０．０１〜０．３質量％とする。Ｍｎ濃度が０．０１質量％未満であると再結晶粒の微細化効果が乏しく強度向上への寄与が小さく、０．３質量％を越えて添加しても効果が飽和する。さらにマトリックスにおけるＡｌとの化合物の析出密度が増加するので、焼入れ性の低下を招く。また、Ｍｎは、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｕとの晶出物を形成するので、クラック発生の低減に有効なＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の生成量が低減してしまう。一方、そのＦｅ，Ｓｉ，Ｃｕとの晶出物は陽極酸化処理時に溶解してしまうので、クラック発生の低減に寄与しない。結果として、過剰量のＭｎは皮膜のクラック発生の低減に寄与する晶出物の量を減少させることになる。好ましいＭｎ濃度は０．０１〜０．１質量％である。
【００３３】
Ｔｉは、母材の鋳造凝固時に結晶粒を微細化させるために添加される元素であり、合金中のＴｉ濃度を０．００５〜０．１質量％とする。Ｔｉ濃度が０．００５％未満であると微細化効果が乏しく、０．１質量％を越えて添加しても効果が飽和する。好ましいＴｉ濃度は０．０１〜０．０５質量％である。
【００３４】
Ｚｎは、材料鋳塊に不純物として含まれる元素であるが、合金中のＺｎ濃度が一定値を越えると陽極酸化皮膜の特性が低下し、ひいては母材の耐食性を低下させるおそれがあるため、その濃度は０．２５質量％未満に規制される。ＭｇおよびＳｉを含有するアルミニウム合金においては、Ｚｎの電位が卑となるので、陽極酸化処理時にＺｎが溶解して皮膜がよりポーラスなものとなる。このため、Ｚｎ濃度が０．２５質量％以上になると陽極酸化処理品が酸腐食等を引き起こすおそれがある。特に好ましいＺｎ濃度は０．１質量未満である。なお、Ｚｎ濃度を可及的に低減しようとすると、材料鋳塊の精製コストが高くなるため、本発明においてはコスト面からＺｎ濃度を０．２５質量％未満としている。
【００３５】
〔アルミニウム合金製部品〕
本発明のアルミニウム合金製部品は、上述した化学組成のアルミニウム合金からなる母材の表面に陽極酸化皮膜が形成されたものである。
【００３６】
前記母材を構成するアルミニウム合金はＡｌ−Ｆｅ系合金であるが、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉの添加により時効硬化が可能となり、熱処理によって部品の母材強度を向上させることができる。これらの元素が添加されていない従来のＡｌ−Ｆｅ系合金は、時効硬化が発現せず、強度不足により摺動部品としての使用に適さないものであったが、本発明で用いる合金はＡｌ−Ｆｅ系合金でありながら、時効硬化が可能となり、摺動部品として求められる強度を満足するものである。
【００３７】
また、母材中に晶出するＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は切粉が分断する起点となるのに十分に硬い粒子であるので、切粉の分断性が良好で６０００系合金に比べて切削性を向上させるには十分である。しかし、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は、Ａｌ−Ｓｉ系合金に晶出するＳｉ粒子よりも硬度が低いので、Ａｌ−Ｓｉ系合金よりも切削工具の摩耗が少ない。換言すれば、本発明のアルミニウム合金の切削性および切削工具の摩耗の程度は、６０００系合金とＡｌ−Ｓｉ系合金との中間にあって両者が程良く均衡しているので好ましい。
【００３８】
前記陽極酸化皮膜には微細なＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が分散して存在している。前記Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は、最大粒径３０μｍ以下の微細粒子であり、１０〜１００μｍの平均中心間距離で均一に分散している。晶出物の中心間距離とは、図３に示すように、陽極酸化皮膜（20）中に分散する晶出物粒子（21）の中心からその粒子（21）の囲に存在する粒子（21）の中心までの距離（Ｌ１）（Ｌ２）…（Ｌｎ）であり、平均中心間距離とはその平均値である。また、皮膜中の晶出物の量は、前記陽極酸化皮膜におけるＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の合計占有面積の割合が５％以上である。なお、晶出する共晶Ｓｉ粒子の占有面積はほどんど無く、占有面積率が１％以下であることが好ましい。
【００３９】
前記占有面積の割合（占有面積率）とは、皮膜の厚さ方向の断面を観察した視野において晶出物が占める割合であり、下記式で表される。この場合の観察視野は光学顕微鏡で１００〜４００倍とすることができる。
【００４０】
占有面積率（％）＝（晶出物面積／観察視野の面積）×１００
【００４１】
前記Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は母材に由来するものであり、陽極酸化処理時に溶解することなく皮膜中の残ったものである。これらの晶出物は陽極酸化処理時に母材と皮膜の線膨張係数の差により発生した応力を緩和し、その結果クラックの発生が低減されるものと推測される。かかる効果は、最大粒径３０μｍ以下という微細な晶出物粒子が１０〜１００μｍの平均中心間距離で均一に分散し、かつ皮膜における占有面積率が５％以上であることによって得られる。また、晶出物粒子は微細で均一に分散しているので、皮膜の成長が均一となり、表面平滑性の高い皮膜が生成される。クラックの発生を低減しかつ表面平滑性の高い皮膜を得る上で、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の好ましい最大粒径は２５μｍ以下であり、より好ましくは３〜１５μｍである。また、Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の好ましい平均中心間距離は２０〜５０μｍであり、好ましい占有面積率は５〜２５％である。
【００４２】
また、前記陽極酸化皮膜の厚さは限定されないが、ブレーキピストン等の摺動部品として要求される耐摩耗性を満たす膜厚として３０〜５０μｍを推奨できる。また、陽極酸化皮膜の表面平滑性も限定されないが、摺動部品の好ましい表面粗さＲ（ｚ）は１．５μｍ以下であり、より好ましくは０．２〜１．３μｍである。
【００４３】
〔アルミニウム合金製部品の製造方法〕
本発明のアルミニウム合金製部品は、上記組成のアルミニウム合金を用いて所要の形状と強度を有する陽極酸化処理用の母材を製作し、この母材に陽極酸化処理を施して表面に陽極酸化皮膜を形成する。
【００４４】
例えば、図１〜２Ｂに示したディスクブレーキ（10）に組み込むカップ状のブレーキピストン（1）は、図４に示す一連の含む工程によって製造される。
【００４５】
まず、材料鋳塊を溶解して棒状に連続鋳造し、所定長さに切断してビレットを製造する。ビレットを均熱処理し、面削した後に加熱して押出し、さらに引き抜く。引抜材は矯正後にスライス切断して鍛造用素材とする。この鍛造用素材は鍛造品重量相当の体積を有するものである。前記鍛造用素材は前処理として予備潤滑を行う。予備潤滑は鍛造時の金型への焼付を防止して鍛造品の表面を平滑にするための前処理であり、例えばボンデ処理のような化成皮膜形成処理を行う。前処理した素材を冷間鍛造してカップ状に成形する。冷間鍛造品に溶体化処理し、さらに時効硬化により強度を発現させる。そして、所要部分に切削による機械加工を施して表面平滑性、寸法精度を向上させる。以上の工程により、所要の形状と強度を有する陽極酸化処理用の母材が製造される。そして、この母材に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を生成させることによってアルミニウム合金製部品が得られる。
【００４６】
本発明のアルミニウム合金製部品は母材が時効性合金であるから、冷間鍛造後の溶体化処理およびその後の時効硬化によって母材強度が高くなる。時効硬化させた後に陽極酸化皮膜処理を施すことによって母材の硬度が高い皮膜となるので、ブレーキピストン等の部品とした時の強度の点から好ましい。時効硬化を得るためには、例えば溶体化処理、焼き入れ処理、人工時効処理を施す。ブレーキピストンとしての強度を得るために、冷間鍛造品に対する溶体化処理として、５００〜５８０℃で１時間以上、好ましくは１．５〜５時間保持した後に焼き入れ処理として水中への投入や強制空冷等により急冷することが好ましい。また、その後の人工時効では１７０〜２３０℃で１時間以上、好ましくは１．５〜１０時間保持することが好ましい。
【００４７】
また、陽極酸化皮膜中のＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物は母材の組成とその晶出物に由来するものであるから、これらの粒子を皮膜中に微細かつ均一に分散させるには、母材中にＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物が微細かつ均一に分散していることが必要である。陽極酸化皮膜中の晶出物の存在状態に影響を与える母材の製造条件は、連続鋳造時の冷却速度および押出時の押出比である。陽極酸化皮膜中の晶出物の最大粒径を３０μｍ以下、晶出物の平均中心間距離を１０〜１００μｍ、晶出物の占有面積率を５％以上とするための好適条件は、連続鋳造時の冷却速度が３〜１５℃／秒、押出比が１０〜７０である。ここで押出比とは、押出装置のコンテナ断面積/製品断面積の比である。また、引抜工程を設ける場合は下記式で表される断面積減少率が２〜１５％であるのが好ましい。
【００４８】
断面積減少率（％）＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００
Ａ：引抜前の断面積
Ｂ：引抜後の断面積
【００４９】
その他の工程における条件は陽極酸化皮膜中の晶出物の存在状態にさほど影響を与えないので適宜設定する。なお、陽極酸化処理を施す母材は、所要の強度を有かつ晶出物が微細かつ均一に分散していれば良いので、母材の製造工程は図４のフローに限定されるものではない。例えば、引抜を省略したり、矯正を省略したりできる。または、押出から機械加工工程までを、「押出」→「切断」→「溶体化処理」→「急冷」→「機械加工による成形」の工程に置き換えたりすることができる。
【００５０】
さらに、陽極酸化処理の条件も何ら限定されることはなく、部品の用途に応じて周知の条件および工程で行う。前記ブレーキピストン（1）は摺動部品であるから硬質の陽極酸化皮膜を形成する。例えば、脱脂、エッチング、水洗、中和、陽極酸化処理、水洗、封孔処理を順次実施する。
【実施例】
【００５１】
母材材料として表１に示す化学組成の各アルミニウム合金を用い、図４の工程に従って母材表面に陽極酸化皮膜を有するカップ状のブレーキピストンを製作した。なお、比較例１、２はＡｌ−Ｓｉ系合金、比較例３は６０６１Ａｌ合金、比較例４は６０８２Ａｌ合金、比較例５，６はＡｌ−Ｆｅ系合金である。【００５２】
各工程における条件は以下のとおりであり、実施例１〜４および比較例１〜６で共通である。記載のない工程は周知の処理条件に従って行った。また、工程は実施例１〜４および比較例１〜６で共通である。【００５３】
〔連続鋳造〕
ホットトップ連続鋳造法により、鋳造温度：７１０℃＋／−１０℃、鋳造速度：１２０ｍｍ／ｍｉｎ、冷却速度：７℃／秒で、の直径２１０ｍｍの棒を連続鋳造した。【００５４】
〔均質化処理〕
５４０℃で７時間保持した。【００５５】
〔面削〕
直径２１０ｍｍを２０３ｍｍに面削し、長さ８００ｍｍに切断したものをビレットとした。【００５６】
〔ビレット加熱〕
ビレットを３５０℃に予備加熱した。【００５７】
〔押出〕
押出速度（製品速度）：７．３ｍ／ｍｉｎで直径４４ｍｍの丸棒を押し出した。この押出の押出比は２２．７である。【００５８】
〔引抜〕
直径４４ｍｍの押出材を４３．２ｍｍになるように引き抜いた。この引抜きの面積減少率は３．６％である。【００５９】
〔焼鈍〕
３７０℃で４時間焼鈍した。【００６０】
〔予備潤滑〕
ボンデ処理により行った。【００６１】
〔冷間鍛造〕
密閉鍛造により１回のプレスでカップ状に成形した。【００６２】
〔溶体化処理および焼き入れ処理〕
５４０℃で３時間保持した後、水冷により急冷した。【００６３】
〔時効硬化〕
１８０℃で７時間保持した。【００６４】
〔機械加工〕
切削により行った。【００６５】
〔陽極酸化処理〕
母材に硬質陽極酸化処理を行った。処理は、酸性浴浸漬による脱脂、水洗、アルカリ浴浸漬による中和、水洗、１５％ｗｔ硫酸浴浸漬による陽極酸化処理、水洗、熱水浴浸漬による封孔処理を順次実施した。この陽極酸化処理により厚さ３７μｍの陽極酸化皮膜が生成された。【００６６】
実施例１、２の陽極酸化処理品について、皮膜中に存在するＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の最大粒、径晶出物の平均中心間距離、晶出物の占有面積率、共晶Ｓｉ粒子の占有面積率を以下のように調べた。陽極酸化処理品から皮膜断面試料を作成し、光学顕微鏡（４００倍）にてその断面のミクロ組織を観察し、その観察した画像において晶出物および共晶Ｓｉ粒子を重心位置および面積が同じである真円近似して、それをもとに最大粒径、晶出物の平均中心間距離、晶出物の占有面積率、共晶Ｓｉ粒子の占有面積率を算出した。【００６７】
さらに、実施例１〜４および比較例１〜６については、母材の強度、切削性および工具摩耗性、陽極酸化皮膜のクラックの発生および表面平滑性を調べ、下記の基準で評価した。これらの結果を表１に合わせて示す。【００６８】
〔母材強度〕
母材の引張強度が、３５０Ｎ／ｍｍ２以上を◎、３００Ｎ／ｍｍ２以上３５０Ｎ／ｍｍ２未満を○、３００Ｎ／ｍｍ２未満を×とした。【００６９】
〔切削性〕
切削加工時に製品に切粉の巻き付きの発生率が１０％以下を◎、１０〜３０％を○、３０％超を△とした。【００７０】
〔工具磨耗性〕
母材中のＳｉ濃度が１．０質量％以下を◎、１．０質量％を超え１．５質量％以下を○、１．５質量％を超え４．５質量％未満を△、４．５質量％以上を×とした。【００７１】
〔クラック〕
○：陽極酸化皮膜の表面から母材に達するクラックが発生しなかったものを○、母材に達するクラックが発生したものを×とした。【００７２】
〔表面平滑性〕
ブレーキピストンとして使用するために、陽極酸化処理後にバフ研磨等の後加工を必要としたものを×、後加工の必要がなくそのまま使用できたものを○とした。【００７３】
【表１】
2011078080.tif 000003
【００７４】
さらに、表２に示すように、実施例５、６および比較例７として、実施例１と同一組成のアルミニウム合金を用い、連続鋳造の冷却速度、押出比、引抜の断面積減少率を変え、その他は実施例１と同じ条件でブレーキピストンを製造して陽極酸化処理をした。また、比較例８として、アルミニウム合金の組成および連続鋳造の冷却速度、押出比、引抜の断面積減少率を変え、その他は実施例１と同じ条件でブレーキピストンを製造して陽極酸化処理をした。【００７５】
実施例５、６および比較例７、８の陽極酸化処理品について、実施例１と同じ方法で陽極酸化皮膜中のＡｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の最大粒径、晶出物の平均中心間距離、晶出物の占有面積率を調べた。また実施例１と同じ基準でクラックの発生を評価した。【００７６】
表２に、実施例１，２を再掲するとともに、実施例５，６および比較例７、８の製造条件、陽極酸化皮膜中の晶出物、クラックの評価を示す。【００７７】
【表２】
2011078080.tif 000004
【００７８】
表１、２より、実施例１〜４のブレーキピストンは、強度が高く良好な切削性を有しながら、工具の摩耗が少ないものであった。また、陽極酸化皮膜には母材に達するようなクラックは発生せず、表面平滑性も良好であった。さらに実施例５、６もまた陽極酸化皮膜には母材に達するようなクラックは発生しなかった。【００７９】
一方、比較例１、２は硬度の高い共晶Ｓｉ粒が多量に存在しているので硬い粒子が密状態となり、工具摩耗性、表面平滑性が劣っていた。比較例３、４は晶出物の量が少ないので、切削性が劣り、母材に達する大きいクラックが発生した。比較例５、６は時効硬化に寄与する元素（Ｃｕ、Ｍｇ）の量が少ないので強度が劣っていた。比較例７は晶出物の粒子径が小さく、皮膜中に残存する量が減少したので、母材に達する大きいクラックが発生した。比較例８は晶出物の最大粒径が大きくかつ粒子間距離が小さいために母材に達する大きいクラックが発生した。【００８０】
本願は、２００９年１２月２２日に出願された日本国特許出願の特願２００９−２９０８７６号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容はそのまま本願の一部を構成するものである。【００８１】
ここに用いられた用語および表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明のアルミニウム合金は強度と耐摩耗性を要求される摺動部品の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
1…ブレーキピストン
20…陽極酸化皮膜
21…Ａｌ−Ｆｅ系晶出物およびＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系晶出物の粒子
【図１】
2011078080.tif 000005
【図２Ａ】
2011078080.tif 000006
【図２Ｂ】
2011078080.tif 000007
【図３】
2011078080.tif 000008
【図４】
2011078080.tif 000009
【国際調査報告】
2011078080.tif 000010
2011078080.tif 000011